JP5904189B2

JP5904189B2 - 信号処理装置

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Publication number: JP5904189B2
Application number: JP2013223891A
Authority: JP
Inventors: 弘幸自見; 林　俊介; 俊介林; 郁知渡邉
Original assignee: Yokogawa Electric Corp
Current assignee: Yokogawa Electric Corp
Priority date: 2013-10-29
Filing date: 2013-10-29
Publication date: 2016-04-13
Anticipated expiration: 2033-10-29
Also published as: CN104569649B; US9846422B2; EP2869158A2; CN104569649A; JP2015087833A; US20150120004A1; EP2869158A3; EP2869158B1

Description

本発明は、信号処理装置に関する。

プラントや工場等に構築されるプロセス制御システムは、概してフィールド機器と呼ばれる現場機器（測定器、操作器）と、これらの動作を制御するコントローラと、フィールド機器及びコントローラの管理や制御を行う上位管理装置とが通信手段を介して接続された構成である。このようなプロセス制御システムでは、フィールド機器で得られたプロセス値（例えば、圧力、温度、流量等の測定値）がコントローラに収集され、収集されたプロセス値に応じたフィールド機器の制御が上位管理装置の管理の下でコントローラにより行われる。

また、物理量（例えば、圧力、温度、流量、光パワー等）の測定や記録を行うシステムは、物理量を検出するセンサと、センサに接続される信号処理装置（例えば、パワーメータやレコーダ等）とを備える構成である。このようなシステムは、センサで検出される信号が信号処理装置に収集され、信号処理装置において予め規定された処理（例えば、測定処理、記録処理等）が行われる。

以下の特許文献１には、パーソナルコンピュータに接続されて、パーソナルコンピュータの制御の下で計測を行うことが可能なモジュール型計測器が開示されている。このモジュール型計測器にはモジュールの種類情報等を記憶するメモリが設けられており、パーソナルコンピュータが、モジュールのメモリに記憶された種類情報を読み出すことによってモジュールの種類を認識するようにしている。

特許第３４３０２８７号公報

ところで、上述したプロセス制御システムで用いられるフィールド機器は、測定対象及び操作対象に応じて様々な種類のものが存在し、入出力される信号の信号形式も多様である。また、上述したプロセス制御システムでは、様々なベンダから提供されるフィールド機器が混在して用いられることもある。このため、上述したプロセス制御システムでは、フィールド機器とコントローラとの間に、様々なフィールド機器をコントローラに接続可能とするための信号の処理を行う信号処理装置（具体的には、インターフェイスモジュールとＩ／Ｏモジュールとからなる信号処理装置）が設けられることが多い。また、上述した物理量の測定や記録を行うシステムにおいても、接続されるセンサの種類や数が多くなるにつれて、上記のインターフェイスモジュールと同様の機能を有するものが用いられる。

上記のインターフェイスモジュールは、接続されるフィールド機器の種類が増加するにつれて増加する。ここで、上記のインターフェイスモジュールは、接続されるフィールド機器の信号形式に応じた機能を備えるものが用いられる。例えば、フィールド機器から出力される信号を変換する必要がある場合には、信号変換機能を備えるものが用いられる。このように、インターフェイスモジュールも、フィールド機器と同様に様々な種類のものが用いられることから、例えば障害発生時のメンテナンスを容易にするために、コントローラ側でインターフェイスモジュールの種類を識別する必要がある。

インターフェイスモジュールを識別する方法としては、以下の（１）〜（３）に示す方法が考えられる。
（１）インターフェイスモジュールに上記特許文献１のメモリを設ける方法
（２）インターフェイスモジュールにＣＰＵ（中央処理装置）を設ける方法
（３）インターフェイスモジュールに複数ビットの信号を出力するポートを設ける方法

上記（１）に示す方法は、メモリに記憶された識別情報を読み出すことによってインターフェイスモジュールの種類を識別する方法である。上記（２）に示す方法は、ＣＰＵと通信を行うことでインターフェイスモジュールを識別する方法である。上記（３）に示す方法は、例えばポートから出力されるビット列のレベルを規定する複数のプルアップ抵抗又はプルダウン抵抗を設け、ポートから出力されるビット列を参照することでインターフェイスモジュールを識別する方法である。

しかしながら、上述した（１）〜（３）に示す方法は、コストが上昇してしまう、或いはインターフェイスモジュールとの間の配線数が増加してしまう等の問題がある。また、上述した（１），（２）に示す方法であれば、インターフェイスモジュールで生ずる異常（例えば、フィールド機器に接続される配線の外れ）を通知することができると考えられるものの、上述した（３）に示す方法では、このような異常を通知することができないという問題がある。

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、大幅なコスト上昇及び配線の増加を伴わずにインターフェイスモジュールの識別を行うことができ、更にはインターフェイスモジュールで生ずる異常の通知を行うことも可能な信号処理装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の信号処理装置は、測定対象の測定及び操作対象の操作の少なくとも一方を行う機器（ＦＤ、ＦＤ１、ＦＤ２、ＳＣ）に接続され、該機器との間で授受される信号の処理を行う信号処理装置（１）において、前記機器が接続されて、自モジュールの識別のための識別用抵抗（１１）を有するインターフェイスモジュール（１０）と、前記インターフェイスモジュールの前記識別用抵抗の一端に接続される接続端子（Ｔ２２）と、該接続端子を介して前記識別用抵抗に接続される電源（ＰＳ）と、前記接続端子に現れる電圧又は電流を検出する検出器（２３）とを有する装置本体（２０、１０１、２０１）とを備えることを特徴としている。
この発明によると、装置本体の接続端子を介して装置本体に設けられた電源とインターフェイスモジュールに設けられた抵抗とが接続され、インターフェイスモジュールに設けられる抵抗に現れる電圧（装置本体の接続端子に現れる電圧）が装置本体に設けられた検出器で検出される。
また、本発明の信号処理装置は、前記インターフェイスモジュールが、前記識別用抵抗による電圧又は電流を変化させる変化部（１２、１２ａ、３１、３２）と、自モジュールの異常を検出し、前記変化部を変化させる異常検出部（１３、１３ａ、３３）とを備えることを特徴としている。
また、本発明の信号処理装置は、前記変化部が、前記識別用抵抗に対して並列接続された第１スイッチ（１２、１２ａ）を備えており、前記異常検出部が、自モジュールにおける異常を検出した場合に、前記第１スイッチをオン状態にすることを特徴としている。
また、本発明の信号処理装置は、前記変化部が、前記識別用抵抗に対して直列接続又は並列接続され、自モジュールの異常の種類を通知するための異常通知用抵抗（３１）と該異常通知用抵抗に直列接続された第２スイッチ（３２）とからなる異常通知用回路を備えており、前記異常検出部が、検出した自モジュールの異常の種類に応じて前記第１スイッチ又は前記第２スイッチをオン状態にすることを特徴としている。
或いは、本発明の信号処理装置は、前記インターフェイスモジュールが、前記識別用抵抗の一端に結合された発振器（４１）と、自モジュールにおける異常を検出した場合に、前記発振器を発振させ、或いは前記発振器の発振周波数を変化させる異常検出部（４３）とを備えることを特徴としている。
ここで、本発明の信号処理装置は、前記異常検出部が、検出した自モジュールの異常の種類に応じて前記発振器の発振周波数を設定することを特徴としている。
更には、本発明の信号処理装置は、前記発振器を前記識別用抵抗の一端に交流的に結合させるコンデンサ（４２）を備えることを特徴としている。
また、本発明の信号処理装置は、前記インターフェイスモジュールが、前記識別用抵抗に対して直列接続又は並列接続され、前記機器の種類を判別するための機器種判別用抵抗（５１）と該機器種判別用抵抗に直列接続されて前記機器の種類に応じて開放又は短絡され、或いは前記機器の種類に応じた抵抗値を有する抵抗が接続される機器種判別用端子（Ｔ１４）とからなる機器種判別用回路を備えることを特徴としている。
また、本発明の信号処理装置は、前記装置本体が、前記電源と前記接続端子との間に設けられ、前記接続端子を介して前記識別用抵抗に直列接続されて前記電源の電圧を分圧する分圧抵抗（２２）を備えることを特徴としている。
或いは、本発明の信号処理装置は、前記接続端子を介して前記識別用抵抗に一定の電流を供給する定電流源を前記電源として備えることを特徴としている。

本発明によれば、インターフェイスモジュールに設けられた識別用抵抗と装置本体に設けられた電源とを装置本体の接続端子を介して接続し、インターフェイスモジュールに設けられた抵抗に現れる電圧（装置本体の接続端子に現れる電圧）又は電流を装置本体に設けられた検出器で検出するようにしているため、大幅なコスト上昇及び配線の増加を伴わずにインターフェイスモジュールの識別を行うことができるという効果がある。
また、インターフェイスモジュールの識別用抵抗による電圧又は電流を変化させる変化部を設け、インターフェイスモジュールで異常が検出された場合に変化部を変化させるようにしているため、装置本体の接続端子に現れる電圧又は電流の変化から、インターフェイスモジュールで生ずる異常の通知を行うことも可能であるという効果がある。

本発明の第１実施形態による信号処理装置の要部構成を示すブロック図である。本発明の第１実施形態による信号処理装置の変形例を示すブロック図である。本発明の第２実施形態による信号処理装置の要部構成を示すブロック図である。本発明の第３実施形態による信号処理装置の要部構成を示すブロック図である。本発明の第４実施形態による信号処理装置の要部構成を示すブロック図である。本発明の第５実施形態による信号処理装置の要部構成を示すブロック図である。本発明の実施形態による信号処理装置が用いられるプロセス制御システムの全体構成の一例を示すブロック図である。本発明の実施形態による信号処理装置が用いられる測定記録システムの一例を示すブロック図である。

以下、図面を参照して本発明の実施形態による信号処理装置について詳細に説明する。

〔第１実施形態〕
図１は、本発明の第１実施形態による信号処理装置の要部構成を示すブロック図である。図１に示す通り、本実施形態の信号処理装置１は、インターフェイスモジュール１０と装置本体２０とを備えており、フィールド機器ＦＤ（機器）に接続されて、フィールド機器ＦＤとの間で授受される信号に対して予め規定された処理を行う。尚、フィールド機器ＦＤ及びインターフェイスモジュール１０は装置本体２０に対して複数設けられるが、図１においては図示を簡略化するために、これらを１つずつ図示している。

フィールド機器ＦＤは、例えばプラントや工場等の現場に設置され、工業プロセスの制御のために必要となる測定対象の測定及び操作対象の操作の少なくとも一方を行う。具体的に、フィールド機器ＦＤは、例えば流量計や温度センサ等のセンサ機器、流量制御弁や開閉弁等のバルブ機器、ファンやモータ等のアクチュエータ機器、プラント内の状況や対象物を撮影するカメラやビデオ等の撮像機器、プラント内の異音等を収集したり警報音等を発したりするマイクやスピーカ等の音響機器、各機器の位置情報を出力する位置検出機器、その他の機器である。尚、以下では理解を容易にするために、フィールド機器ＦＤが流体の流量を測定するセンサ機器であるものとして説明する。

インターフェイスモジュール１０は、種々のフィールド機器ＦＤを装置本体２０に接続可能にするために、フィールド機器ＦＤと装置本体２０との間に設けられるモジュールである。このインターフェイスモジュール１０は、フィールド機器ＦＤに入出力される信号の形式に応じて信号変換等の処理を行う信号処理回路を備える。但し、信号変換等の処理の必要が無い場合には信号処理回路は省略される。尚、図１においては図示を簡略化するために、信号処理回路が省略されたインターフェイスモジュール１０を図示している。また、図１に示すインターフェイスモジュール１０には、電源が設けられていない。

図１に示す通り、インターフェイスモジュール１０は、接続端子Ｔ１１〜Ｔ１３、抵抗１１（識別用抵抗）、スイッチ１２（第１スイッチ、変化部）、及び異常検出部１３を備える。接続端子Ｔ１１は、一端がフィールド機器ＦＤに接続された接続線Ｌ０の他端が接続されて、フィールド機器ＦＤに入出力される信号の入出力が行われる端子である。接続端子Ｔ１２は、インターフェイスモジュール１０内で接続端子Ｔ１１と接続され、接続線Ｌ１を介して装置本体２０の接続端子Ｔ２１（詳細は後述する）に接続され、フィールド機器ＦＤからの信号が出力されるとともに、装置本体２０からの信号が入力される端子である。尚、インターフェイスモジュール１０に上述した信号処理回路が設けられる場合には、接続端子Ｔ１１，Ｔ１２間に設けられる。

ここで、ノイズの影響を排除するために、フィールド機器ＦＤからは差動信号が出力されるとともに、フィールド機器ＦＤには差動信号が入力される。このため、フィールド機器ＦＤとインターフェイスモジュール１０とは上記の接続線Ｌ０によって平衡接続されるとともに、インターフェイスモジュール１０と装置本体２０と上記の接続線Ｌ１によって平衡接続されている。このように、フィールド機器ＦＤに入出力される信号が伝送される経路は、耐ノイズ性が高められている。

接続端子Ｔ１３は、接続線Ｌ２を介して装置本体２０の接続端子Ｔ２２（詳細は後述する）に接続され、インターフェイスモジュール１０を識別する信号やインターフェイスモジュール１０で生じた異常を示す信号が出力される端子である。尚、接続線Ｌ２によるインターフェイスモジュール１０と装置本体２０との接続は、不平衡接続とされている。これは、信号線の数を減ずるためである。

抵抗１１は、インターフェイスモジュール１０を識別するために設けられた抵抗である。この抵抗１１は、インターフェイスモジュール１０毎に異なる抵抗値が設定されており、一端が接続端子Ｔ１３に接続され、他端がグランドに接続されている。ここで、抵抗１１の抵抗値は、任意の値に設定することが可能であるが、例えば数〜数十［ｋΩ］程度に設定される。尚、詳細は後述するが、この抵抗１１は、装置本体２０に設けられた抵抗２２に直列接続され、抵抗２２とともに装置本体２０に設けられた電源ＰＳの電圧を分圧する。

スイッチ１２は、抵抗１１に対して並列接続されてインターフェイスモジュール１０で生じた異常を装置本体２０に通知するために用いられる機械式のスイッチである。このスイッチ１２は、異常検出部１３によりオン状態・オフ状態が制御される。異常検出部１３は、インターフェイスモジュール１０で生ずる異常を機械的に検出するものであり、異常を検出した場合には、スイッチ１２をオン状態にする。ここで、インターフェイスモジュール１０で生ずる異常としては、例えばフィールド機器ＦＤに接続された接続線Ｌ０の外れ等が挙げられる。

装置本体２０は、接続線Ｌ１，Ｌ２を介してインターフェイスモジュール１０に接続され、インターフェイスモジュール１０を介してフィールド機器ＦＤとの間で授受される信号に対して予め規定された処理を行う。例えば、フィールド機器ＦＤを制御してフィールド機器ＦＤからデータ（流量の測定データ）を取得する処理、フィールド機器ＦＤから得られたデータをディジタル信号に変換する処理、その他の処理を行う。

この装置本体２０は、接続端子Ｔ２１，Ｔ２２、測定制御部２１、電源ＰＳ、抵抗２２（分圧抵抗）、アナログ／ディジタル変換器（ＡＤＣ）２３（検出器）、認識部２４、異常処理部２５、及び信号処理部２６を備える。接続端子Ｔ２１は、接続線Ｌ１を介してインターフェイスモジュール１０の接続端子Ｔ１２に接続され、インターフェイスモジュール１０を介したフィールド機器ＦＤからの信号及びフィールド機器ＦＤへの信号が入出力される端子である。

接続端子Ｔ２２は、接続線Ｌ２を介してインターフェイスモジュール１０の接続端子Ｔ１３に接続され、インターフェイスモジュール１０を識別する信号やインターフェイスモジュール１０で生じた異常を示す信号が入力される端子である。ここで、インターフェイスモジュール１０の接続端子Ｔ１３には抵抗１１の一端が接続されているため、接続端子Ｔ２２は、接続線Ｌ２を介してインターフェイスモジュール１０に設けられた抵抗１１の一端に接続されることとなる。

測定制御部２１は、接続端子Ｔ２１に接続されており、フィールド機器ＦＤに対する測定制御を行う。つまり、測定制御部２１は、フィールド機器ＦＤからのデータ（流量の測定データ）を取得するための制御信号を接続端子Ｔ２１に向けて出力するとともに、接続端子Ｔ２１を介して入力されるフィールド機器ＦＤからデータ（流量の測定データ）を取得して信号処理部２６に出力する。

抵抗２２は、電源ＰＳと接続端子Ｔ２２との間に設けられており、接続端子Ｔ２２、接続線Ｌ２、及び接続端子Ｔ１３を介してインターフェイスモジュール１０の抵抗１１に直列接続される。この抵抗２２は、インターフェイスモジュール１０に設けられた抵抗１１とともに、電源ＰＳの電圧を分圧する。ここで、抵抗２２の抵抗値は、抵抗１１と同様に、任意の値に設定することが可能であるが、例えば数〜数十［ｋΩ］程度に設定される。尚、電源ＰＳは、出力電圧が数〜数十［Ｖ］程度である直流電源である。

ＡＤＣ２３は、入力端が接続端子Ｔ２２に接続されており、接続端子Ｔ２２に現れる電圧をディジタル信号に変換する。つまり、ＡＤＣ２３は、直列接続された抵抗１１と抵抗２２とによって分圧される電源ＰＳのうち、抵抗１１に現れる電圧をディジタル信号に変換する。認識部２４は、ＡＤＣ２３から出力されるディジタル信号に基づいて、インターフェイスモジュール１０の種類を認識し、その認識結果を信号処理部２６に出力する。異常処理部２５は、ＡＤＣ２３から出力されるディジタル信号に応じて、インターフェイスモジュール１０で生じた異常を認識し、その認識結果を信号処理部２６に出力する。

信号処理部２６は、測定制御部２１から出力される信号、及び測定制御部２１に出力すべき信号に対して予め規定された処理を行う。例えば、測定制御部２１から出力される信号（アナログ信号）に対しては、ディジタル信号に変換する処理を行う。また、信号処理部２６は、上位コントローラ（図示省略）との間で通信を行って、認識部２４及び異常処理部２５の認識結果を送信する処理も行う。

次に、上記構成における信号処理装置１の動作について説明する。尚、ここでは、インターフェイスモジュール１０の種類を装置本体２０で認識する際の動作（種類認識動作）、及びインターフェイスモジュール１０で生ずる異常を認識する際の動作（異常認識動作）について説明する。

〈種類認識動作〉
接続線Ｌ２の一端をインターフェイスモジュール１０の接続端子Ｔ１３に接続し、接続線Ｌ２の他端を装置本体２０の接続端子Ｔ２２に接続する作業が作業員によって行われたとする。すると、接続端子Ｔ１３、接続線Ｌ２、及び接続端子Ｔ２２を介してインターフェイスモジュール１０の抵抗１１と装置本体２０の抵抗２２とが直列接続された回路が形成される。この回路は一端が電源ＰＳに接続されるとともに他端がグランドに接続されるため、電源ＰＳの出力電圧が抵抗１１と抵抗２２とによって分圧される。

ここで、装置本体２０の接続端子Ｔ２２に現れる電圧は、抵抗１１，２２で分圧される電圧のうちの抵抗１１に現れる電圧である。例えば、抵抗２２の抵抗値が１０［ｋΩ］であり、抵抗１１の抵抗値が５［ｋΩ］であり、電源ＰＳの出力電圧が１０［Ｖ］であるとすると、接続端子Ｔ２２には約３．３［Ｖ］の電圧が現れる。尚、抵抗１１の抵抗値が１０［ｋΩ］である場合には、接続端子Ｔ２２には５［Ｖ］の電圧が現れ、抵抗１１の抵抗値が２０［ｋΩ］である場合には、接続端子Ｔ２２には約６．７［Ｖ］の電圧が現れる。

上記の接続端子Ｔ２２にはＡＤＣ２３の入力端が接続されているため、接続端子Ｔ２２に現れた電圧はディジタル信号に変換された後に認識部２４に出力される。ＡＤＣ２３からのディジタル信号が入力されると、認識部２４はそのディジタル信号で示される値からインターフェイスモジュール１０の種類を認識し、その認識結果を信号処理部２６に出力する。このようにして、インターフェイスモジュール１０の種類が認識される。

ここで、仮に装置本体２０の接続端子Ｔ２２にインターフェイスモジュール１０が接続されていない場合には、接続端子Ｔ２２は電気的に開放された状態になる。すると、接続端子Ｔ２２には、電源ＰＳの出力電圧が現れることになる。これにより、認識部２４は、ＡＤＣ２３から出力されるディジタル信号が電源ＰＳの出力電圧を示すものになるため、インターフェイスモジュール１０が装置本体２０に接続されていないことを認識することができる。このように、本実施形態では、インターフェイスモジュール１０の種類のみならず、装置本体２０にインターフェイスモジュール１０が接続されているか否かも認識することができる。

〈異常認識動作〉
図１に示す通り、接続線Ｌ０によってフィールド機器ＦＤがインターフェイスモジュール１０に接続されている状態のときに、何らかの要因によって接続線Ｌ０がインターフェイスモジュール１０から外れてしまったとする。すると、接続線Ｌ０の外れが異常検出部１３で検出され、異常検出部１３によってスイッチ１２がオン状態とされる。すると、抵抗１１の両端の間が短絡され、接続端子Ｔ２２はスイッチ１２を介してグランドに接続された状態になる。これにより、ＡＤＣ２３から出力されるディジタル信号は０［Ｖ］を示すものになるため、異常処理部２５は、インターフェイスモジュール１０で生じた異常を認識することができる。

以上の通り、本実施形態では、互いに異なる抵抗値が設定された抵抗１１をインターフェイスモジュール１０に設け、この抵抗１１と装置本体２０に設けられた抵抗２２とが直列接続された回路によって電源ＰＳの出力電圧を分圧するようにしている。そして、抵抗１１に現れる電圧（接続端子Ｔ２２に現れる電圧）をＡＤＣ２３でディジタル信号に変換し、変換されたディジタル信号の値に基づいてインターフェイスモジュール１０の種類を認識するようにしている。また、インターフェイスモジュール１０に異常が生じた場合には、抵抗１１に並列接続されたスイッチ１２をオン状態にして、抵抗１１を短絡するようにしている。

このように、本実施形態では、インターフェイスモジュール１０と装置本体２０とを接続線Ｌ２で接続するだけでインターフェイスモジュール１０の種類を認識することができ、大幅なコスト上昇及び配線の増加を伴わずにインターフェイスモジュール１０の種類の認識を行うことができる。また、本実施形態では、インターフェイスモジュール１０の種類の認識のみならず、インターフェイスモジュール１０で生ずる異常の通知を行うことも可能である。ここで、本実施形態では、インターフェイスモジュール１０に電源を設けることなく、インターフェイスモジュール１０の種類の認識やインターフェイスモジュール１０で生じた異常の通知を行うことができる。

図２は、本発明の第１実施形態による信号処理装置の変形例を示すブロック図である。尚、図２においては、インターフェイスモジュール１０の種類の認識やインターフェイスモジュール１０で生じた異常の通知に用いられる最小限の構成を抜き出して図示しており、それ以外の構成については図示を省略している。また、図２においては、図１に示す構成と同様のブロックには同一の符号を付してある。

図２に示す通り、本変形例に係る信号処理装置１は、スイッチ１２及び異常検出部１３に代えてスイッチ１２ａ（第１スイッチ、変化部）及び異常検出部１３ａをインターフェイスモジュール１０に設けた構成である。スイッチ１２ａは、例えばＦＥＴ（Field Effect Transistor：電界効果トランジスタ）等の電子スイッチである。尚、スイッチ１２ａは、抵抗１１に対して直列接続されていても良い。また、異常検出部１３ａは、インターフェイスモジュール１０で生ずる異常を電気的に検出するものであり、異常を検出した場合には、スイッチ１２ａをオン状態にする。つまり、本変形例に係る信号処理装置１は、インターフェイスモジュール１０に電源（図示省略）を設け、この電源から供給される電力により駆動されるスイッチ１２ａ及び異常検出部１３ａを設けたものである。

本変形例に係る信号処理装置１は、インターフェイスモジュール１０に電源を設け、この電源から供給される電力により駆動されるスイッチ１２ａ及び異常検出部１３ａをインターフェイスモジュール１０に設けた点を除いては、図１に信号処理装置１と同様の構成である。このため、図１に示す信号処理装置１と同様に、大幅なコスト上昇及び配線の増加を伴わずにインターフェイスモジュール１０の種類の認識を行うことができる。また、本実施形態では、インターフェイスモジュール１０の種類の認識のみならず、インターフェイスモジュール１０で生ずる異常の通知を行うことも可能である。

〔第２実施形態〕
図３は、本発明の第２実施形態による信号処理装置の要部構成を示すブロック図である。尚、図３においては、図２と同様に、インターフェイスモジュール１０の種類の認識やインターフェイスモジュール１０で生じた異常の通知に用いられる最小限の構成を抜き出して図示しているとともに、図１に示す構成と同様のブロックには同一の符号を付してある。尚、これは以後の図についても同様である。

図３に示す通り、本実施形態による信号処理装置１は、抵抗３１（異常通知用抵抗）及びスイッチ３２（第２スイッチ）からなる回路（異常通知用回路：変化部）を新たにインターフェイスモジュール１０に設け、異常検出部１３に代えて異常検出部３３をインターフェイスモジュール１０に設けた構成である。かかる構成の信号処理装置１は、インターフェイスモジュール１０で生ずる異常の種類を通知することができるようにしたものである。

ここで、図３（ａ）に示す信号処理装置１は、インターフェイスモジュール１０に電源が設けられていない場合の構成を示し、図３（ｂ）に示す信号処理装置１は、インターフェイスモジュール１０に電源ＰＳ１が設けられている場合の構成を示している。図３（ａ）に示す信号処理装置１では、上記の異常通知用回路が抵抗１１に並列接続されており、図３（ｂ）に示す信号処理装置１では、上記の異常通知用回路が抵抗１１に直列接続されている。

抵抗３１は、インターフェイスモジュール１０で生ずる異常の種類を通知するために設けられた抵抗である。図３（ａ）及び図３（ｂ）に示す信号処理装置１の何れであっても、抵抗３１の抵抗値は、スイッチ３２がオフ状態である場合に接続端子Ｔ２２に現れる電圧と、スイッチ３２がオン状態にされた場合に接続端子Ｔ２２に現れる電圧とが異なるように設定される。この抵抗３１は、その一端が抵抗１１の一端に接続され、他端がスイッチ３２の一端に接続されている。

スイッチ３２は、図１に示すスイッチ１２と同様に、インターフェイスモジュール１０で生じた異常を装置本体２０に通知するために用いられる機械式のスイッチである。図３（ａ）に示す構成の信号処理装置１では、スイッチ３２の他端はグランドに接続され、図３（ｂ）に示す構成の信号処理装置１では、スイッチ３２の他端は電源ＰＳ１に接続される。

異常検出部３３は、図１に示す異常検出部１３と同様に、インターフェイスモジュール１０で生ずる異常を機械的に検出するものである。但し、異常検出部３３は、検出した異常の種類に応じてスイッチ１２又はスイッチ３２をオン状態にする。ここで、インターフェイスモジュール１０で生ずる異常としては、例えばフィールド機器ＦＤに接続された接続線Ｌ０の外れや、インターフェイスモジュール１０に設けられたマニュアルスイッチ（図示省略）の操作等が挙げられる。

異常検出部３３によってスイッチ１２がオン状態にされた場合には、図１に示す信号処理装置１と同様に、抵抗１１の両端の間が短絡されるため、ＡＤＣ２３から出力されるディジタル信号は０［Ｖ］を示すものになる。これに対し、異常検出部３３によってスイッチ３２がオン状態にされた場合には、図３（ａ）に示す信号処理装置１では抵抗１１，３１が並列接続され、図３（ｂ）に示す信号処理装置１では抵抗１１，３１が直列接続される。このため、ＡＤＣ２３から出力されるディジタル信号は、並列接続又は直列接続された抵抗１１，３１と抵抗２２とに応じた電圧を示すものとなる。

このように、本実施形態では、異常検出部３３が検出した異常の種類に応じてスイッチ１２又はスイッチ３２をオン状態にすることにより、ＡＤＣ２３から出力されるディジタル信号を異なる電圧を示すものとすることができる。これにより、異常検出部３３で検出される異常とＡＤＣ２３から出力されるディジタル信号で示される電圧とを予め対応付けておけば、異常の種類を通知することができる。

尚、図３（ｂ）に示す信号処理装置１では、スイッチ１２，３２及び異常検出部３３に代えて、図２に示すスイッチ１２ａ及び異常検出部１３ａと同様のものを用いることができる。つまり、機械式のスイッチ１２，３２及びインターフェイスモジュール１０で生ずる異常を機械的に検出する異常検出部３３に代えて、電源ＰＳ１から供給される電力により駆動されるスイッチ１２ａ及び異常検出部１３ａと同様のもの（但し、異常の種類を検出可能なもの）を設けることが可能である。

〔第３実施形態〕
図４は、本発明の第３実施形態による信号処理装置の要部構成を示すブロック図である。図４に示す通り、本実施形態による信号処理装置１は、図１に示すスイッチ１２及び異常検出部１３に代えて発振器４１及びコンデンサ４２並びに異常検出部４３を設けた構成である。かかる構成の信号処理装置１は、インターフェイスモジュール１０で生ずる異常を高周波信号で通知するようにしたものである。

発振器４１は、一端がコンデンサ４２を介して抵抗１１の一端に結合（交流結合）されるとともに他端がグランドに接続されており、異常検出部４３の制御の下で矩形波又は正弦波の高周波信号を出力する。コンデンサ４２は、発振器４１を抵抗１１に交流結合させるものである。つまり、コンデンサ４２は、発振器４１から出力される高周波信号を透過させるものの、装置本体２０からインターフェイスモジュール１０に供給される直流成分を遮断する。異常検出部４３は、インターフェイスモジュール１０で生ずる異常を電気的に検出するものであり、異常を検出した場合には、発振器４１を発振させ、或いは発振状態にある発振器４１の発振周波数を変化させる。

このように、本実施形態では、インターフェイスモジュール１０で生ずる異常を異常検出部４３が検出した場合に、発振器４１を発振させ、或いは発振状態にある発振器４１の発振周波数を変化させるようにしている。これにより、インターフェイスモジュール１０で生ずる異常を高周波信号で装置本体２０に通知することができる。また、発振器４１から出力される高周波信号は、抵抗１１及び抵抗２２で分圧される電圧のうちの抵抗１１に現れる電圧に重畳される。このため、抵抗１１に現れる電圧と高周波信号とを装置本体２０で分離すれば、インターフェイスモジュール１０の種類の認識とインターフェイスモジュール１０で生じた異常の認識とを同時に行うことができる。

尚、インターフェイスモジュール１０で生ずる異常の種類を検出することができるように異常検出部４３を構成し、検出した異常の種類に応じて、異常検出部４３が発振器４１の発振周波数を設定するようにしても良い。これにより、単にインターフェイスモジュール１０で異常が生じた旨を通知するだけではなく、インターフェイスモジュール１０で生ずる異常の種類を高周波信号で通知することが可能となる。

〔第４実施形態〕
図５は、本発明の第４実施形態による信号処理装置の要部構成を示すブロック図である。図５に示す通り、本実施形態による信号処理装置１は、抵抗５１（機器種判別用抵抗）及び判定用端子Ｔ１４（機器種判別用端子）からなる回路（機器種判別用回路）を設けた構成である。かかる構成の信号処理装置１は、インターフェイスモジュール１０に接続されるフィールド機器ＦＤの種類を通知することができるようにしたものである。

ここで、図５（ａ）は、インターフェイスモジュール１０にフィールド機器ＦＤとしてのセンサ機器ＦＤ１が接続された状態を示す図である。これに対し、図５（ｂ）は、インターフェイスモジュール１０にフィールド機器ＦＤとしてのバルブ機器ＦＤ２が接続された状態を示す図である。

抵抗５１は、インターフェイスモジュール１０に接続されるフィールド機器ＦＤの種類を通知するために設けられた抵抗である。この抵抗５１の抵抗値は、判定用端子Ｔ１４が開放されている場合に接続端子Ｔ２２に現れる電圧と、判定用端子Ｔ１４が短絡されている場合に接続端子Ｔ２２に現れる電圧とが異なるように設定される。この抵抗５１は、一端が抵抗１１の一端に接続され、他端が判定用端子Ｔ１４の一方の端子に接続されている。判定用端子Ｔ１４は、インターフェイスモジュール１０に接続されるフィールド機器ＦＤの種類に応じて開放又は短絡される一対の端子からなり、一方の端子が抵抗５１の他端に接続され、他方の端子がグランドに接続されている。

図５（ａ）に示す通り、インターフェイスモジュール１０にセンサ機器ＦＤ１が接続される場合には判定用端子Ｔ１４が開放されるため、ＡＤＣ２３から出力されるディジタル信号は、抵抗１１，２２で分圧される電圧のうちの抵抗１１に現れる電圧を示すものとなる。これに対し、図５（ｂ）に示す通り、インターフェイスモジュール１０にバルブ機器ＦＤ２が接続される場合には判定用端子Ｔ１４が短絡されるため、ＡＤＣ２３から出力されるディジタル信号は、抵抗２２と合成抵抗（並列接続された抵抗１１，５１からなる抵抗）で分圧される電圧のうちの合成抵抗に現れる電圧を示すものとなる。

このように、本実施形態では、インターフェイスモジュール１０に設けられた判定用端子Ｔ１４を開放又は短絡することにより、ＡＤＣ２３から出力されるディジタル信号を異なる電圧を示すものとすることができる。これにより、インターフェイスモジュール１０に接続されるフィールド機器ＦＤの種類とＡＤＣ２３から出力されるディジタル信号で示される電圧とを予め対応付けておけば、インターフェイスモジュール１０に接続されるフィールド機器ＦＤの種類を通知することができる。

尚、図５に示す信号処理装置１では、抵抗５１及び判定用端子Ｔ１４からなる回路（機器種判別用回路）が抵抗１１に対して並列接続されていた。しかしながら、機器種判別用回路は、図３（ｂ）に示す異常通知用回路（抵抗３１及びスイッチ３２からなる回路）と同様に抵抗１１に対して直列接続されていても良い。但し、この構成は、インターフェイスモジュール１０に電源ＰＳ１（図３（ｂ）参照）が設けられていることが前提となる。

また、上記実施形態では、判定用端子Ｔ１４を開放又は短絡することによってフィールド機器ＦＤの種類を通知するようにしていた。しかしながら、フィールド機器ＦＤの種類に応じて抵抗値が設定された抵抗を判定用端子Ｔ１４に接続することによってフィールド機器ＦＤの種類を通知するようにしても良い。

〔第５実施形態〕
図６は、本発明の第５実施形態による信号処理装置の要部構成を示すブロック図である。図６に示す通り、本実施形態による信号処理装置１は、装置本体２０に設けられる抵抗２２に代えて定電流源６０を設けた構成である。この定電流源６０は、電源ＰＳからの電力を用いて一定の電流を生成して接続端子Ｔ２２を介して抵抗１１に供給する回路である。

図６に示す信号処理装置１では、定電流源６０で生成された一定の電流がインターフェイスモジュール１０に設けられた抵抗１１に供給されるため、抵抗１１の抵抗値に応じた電圧が装置本体２０の接続端子Ｔ２２に現れることとなる。このため、インターフェイスモジュール１０毎に、抵抗１１の抵抗値を異ならせておけば、インターフェイスモジュール１０の種類の識別を行うことができる。

〔プロセス制御システム〕
図７は、本発明の実施形態による信号処理装置が用いられるプロセス制御システムの全体構成の一例を示すブロック図である。図７に示すプロセス制御システム１００は、フィールド機器ＦＤ、インターフェイスモジュール１０、Ｉ／Ｏモジュール１０１、コントローラ１０２、及び監視装置１０３を備えており、監視装置１０３の監視の下でコントローラ１０２がフィールド機器ＦＤを制御することによって、プラントや工場等で実現される工業プロセスの制御を行う。尚、フィールド機器ＦＤとインターフェイスモジュール１０との間に、ジャンクションボックスやマーシャリングと呼ばれる集線装置が設けられていても良い。

フィールド機器ＦＤは、図１に示したものと同様のものであり、例えばプラントや工場等の現場に設置され、工業プロセスの制御のために必要となる測定対象の測定及び操作対象の操作の少なくとも一方を行う。インターフェイスモジュール１０は、前述した第１〜第５実施形態で説明した信号処理装置１のインターフェイスモジュール１０である。Ｉ／Ｏモジュール１０１は、フィールド機器ＦＤとコントローラ１０２との間（正確には、インターフェイスモジュール１０とコントローラ１０２）との間に設けられ、これらの間で入出力される信号の処理を行う。このＩ／Ｏモジュール１０１は、前述した第１〜第５実施形態で説明した信号処理装置１の装置本体２０である。

コントローラ１０２は、監視装置１０３の監視の下でフィールド機器ＦＤの制御を行う。具体的には、フィールド機器ＦＤ（例えば、センサ機器）からの測定データを収集し、フィールド機器ＦＤ（例えば、バルブ機器）を制御する制御データを演算してフィールド機器ＦＤ（例えば、バルブ機器）に送信する処理を行う。

監視装置１０３は、例えばプラント等の運転員によって操作されてプロセスの監視のために用いられる装置である。具合的に、監視装置１０３は、コントローラ１０２との間で各種パラメータの授受を行ってフィールド機器ＦＤの監視を行う。例えば、フィールド機器ＦＤに設定されているパラメータをコントローラ１０２から取得して現状の測定条件等を把握するとともに、コントローラ１０２に対して新たなパラメータをフィールド機器ＦＤに設定させることによって測定条件等の変更を行う。

上記構成のプロセス制御システム１００では、信号処理装置１の装置本体２０としてのＩ／Ｏモジュール１０１におけるインターフェイスモジュール１０の種類の識別結果（認識結果）が、コントローラ１０２を介して監視装置１０３に収集される。また、Ｉ／Ｏモジュール１０１における異常の認識結果や、フィールド機器ＦＤの種類の識別結果もコントローラ１０２を介して監視装置１０３に収集される。このため、監視装置１０３を操作する運転員は、プラント等に設置されているインターフェイスモジュール１０やフィールド機器ＦＤの種類を把握することができるとともに、インターフェイスモジュール１０で生ずるエラーの発生状況を把握することができる。

〔測定記録システム〕
図８は、本発明の実施形態による信号処理装置が用いられる測定記録システムの一例を示すブロック図である。図８示す測定記録システム２００は、センサＳＣ、インターフェイスモジュール１０、測定記録装置２０１を備えており、センサＳＣからの検出信号を用いて測定装置２１０が各種物理量（例えば、圧力、温度、流量、光パワー等）の測定又は記録を行う。

センサＳＣは、測定対象に取り付けられて上記各種物理量を検出する。インターフェイスモジュール１０は、前述した第１〜第５実施形態で説明した信号処理装置１のインターフェイスモジュール１０である。測定記録装置２０１は、インターフェイスモジュール１０を介して入力されるセンサＳＣからの検出信号に対して予め規定された処理（測定処理又は記録処理）を行う。この測定記録装置２０１は、前述した第１〜第５実施形態で説明した信号処理装置１の装置本体２０である。

上記構成の測定記録システム２００では、インターフェイスモジュール１０の種類、インターフェイスモジュール１０で生ずる異常、センサＳＣの種類が、信号処理装置１の装置本体２０としての測定記録装置２０１で識別（認識）される。このため、例えば測定記録装置２０１を操作する者が、認識された情報の表示又は出力の指示をすることで、インターフェイスモジュール１０やセンサＳＣの種類を把握することができるとともに、インターフェイスモジュール１０で生ずるエラーの発生状況を把握することができる。

以上、本発明の実施形態による信号処理装置について説明したが、本発明は上述した実施形態に制限されることなく、本発明の範囲内で自由に変更が可能である。例えば、上記実施形態では、接続端子Ｔ２２に現れる電圧を検出してインターフェイスモジュール１０の種類を認識していたが、接続端子Ｔ２２に流れる電流を検出してインターフェイスモジュール１０の種類を認識しても良い。また、本発明の信号処理装置は、上述したプロセス制御システム１００や測定記録システム２００以外に、多数の測定対象や操作対象が用いられる種々のシステムに適用可能である。

１信号処理装置
１０インターフェイスモジュール
１１抵抗
１２，１２ａスイッチ
１３，１３ａ異常検出部
２０装置本体
２２抵抗
２３ＡＤＣ
３１抵抗
３２スイッチ
３３異常検出部
４１発振器
４２コンデンサ
４３異常検出部
５１抵抗
６０定電流源
１０１Ｉ／Ｏモジュール
２０１測定記録装置
ＦＤフィールド機器
ＦＤ１センサ機器
ＦＤ２バルブ機器
ＰＳ電源
ＳＣセンサ
Ｔ１４判定用端子
Ｔ２２接続端子

Claims

測定対象の測定及び操作対象の操作の少なくとも一方を行う機器に接続され、該機器との間で授受される信号の処理を行う信号処理装置において、
前記機器が接続されて、自モジュールの識別のための識別用抵抗を有するインターフェイスモジュールと、
前記インターフェイスモジュールの前記識別用抵抗の一端に接続される接続端子と、該接続端子を介して前記識別用抵抗に接続される電源と、前記接続端子に現れる電圧又は電流を検出する検出器とを有する装置本体と
を備え、
前記インターフェイスモジュールは、
前記識別用抵抗の一端に現れる電圧又は電流を変化させる変化部と、
自モジュールの異常を検出し、前記変化部を制御する異常検出部と
を備えることを特徴とする信号処理装置。
前記変化部は、前記識別用抵抗に対して並列接続された第１スイッチを備えており、
前記異常検出部は、自モジュールにおける異常を検出した場合に、前記第１スイッチをオン状態にする
ことを特徴とする請求項１記載の信号処理装置。
前記変化部は、前記識別用抵抗に対して並列接続され、或いは前記識別用抵抗の一端と前記インターフェイスモジュールに設けられた電源とに接続され、自モジュールの異常の種類を通知するための異常通知用抵抗と該異常通知用抵抗に直列接続された第２スイッチとからなる異常通知用回路を備えており、
前記異常検出部は、検出した自モジュールの異常の種類に応じて前記第１スイッチ又は前記第２スイッチをオン状態にする
ことを特徴とする請求項２記載の信号処理装置。
前記変化部は、前記識別用抵抗の一端に結合された発振器を備えており、
前記異常検出部は、自モジュールにおける異常を検出した場合に、前記発振器を発振させ、或いは前記発振器の発振周波数を変化させる
ことを特徴とする請求項１記載の信号処理装置。
前記異常検出部は、検出した自モジュールの異常の種類に応じて前記発振器の発振周波数を設定することを特徴とする請求項４記載の信号処理装置。
前記発振器を前記識別用抵抗の一端に交流的に結合させるコンデンサを備えることを特徴とする請求項４又は請求項５記載の信号処理装置。
前記インターフェイスモジュールは、前記識別用抵抗に対して並列接続され、或いは前記識別用抵抗の一端と前記インターフェイスモジュールに設けられた電源とに接続され、前記機器の種類を判別するための機器種判別用抵抗と該機器種判別用抵抗に直列接続されて前記機器の種類に応じて開放又は短絡され、或いは前記機器の種類に応じた抵抗値を有する抵抗が接続される機器種判別用端子とからなる機器種判別用回路を備えることを特徴とする請求項１から請求項６の何れか一項に記載の信号処理装置。
前記装置本体は、前記電源と前記接続端子との間に設けられ、前記接続端子を介して前記識別用抵抗に直列接続されて前記電源の電圧を分圧する分圧抵抗を備えることを特徴とする請求項１から請求項７の何れか一項に記載の信号処理装置。
前記装置本体は、前記接続端子を介して前記識別用抵抗に一定の電流を供給する定電流源を前記電源として備えることを特徴とする請求項１から請求項７の何れか一項に記載の信号処理装置。
測定対象の測定及び操作対象の操作の少なくとも一方を行う機器に接続され、該機器との間で授受される信号の処理を行う信号処理装置において、
前記機器が接続されて、自モジュールの識別のための識別用抵抗を有するインターフェイスモジュールと、
前記インターフェイスモジュールの前記識別用抵抗の一端に接続される接続端子と、該接続端子を介して前記識別用抵抗に接続される電源と、前記接続端子に現れる電圧又は電流を検出する検出器とを有する装置本体と
を備え、
前記インターフェイスモジュールは、前記識別用抵抗に対して並列接続され、或いは前記識別用抵抗の一端と前記インターフェイスモジュールに設けられた電源とに接続され、前記機器の種類を判別するための機器種判別用抵抗と該機器種判別用抵抗に直列接続されて前記機器の種類に応じて開放又は短絡され、或いは前記機器の種類に応じた抵抗値を有する抵抗が接続される機器種判別用端子とからなる機器種判別用回路を備える
ことを特徴とする信号処理装置。